代償四肢使用および虚血性脳卒中のマウスモデルにおける感覚皮質損傷後の運動技能の学習の行動評価
July 10th, 2014
マウスモデルは、行動神経科学の研究においてますます人気が高まっています。 モデルが進歩するにつれて、マウスに特有の感度の高い行動手段を開発することが重要です。 このプロトコルは、脳卒中のマウスモデルで使用するための熟練した運動課題であるパスタマトリックス到達課題について説明しています。
この手順の全体的な目標は、代償性肢の使用と脳卒中のマウスモデルの行動効果を評価することです。これは、まず、成形手順中にマウスがいずれかの肢で到達できるようにすることにより、好ましい到達肢を決定することによって達成される。2番目のステップは、パスタマトリックス到達タスクで好ましい到達肢のみをトレーニングすることにより、運動能力を確立することです。
次に、代償性肢の使用は、パスタマトリックス上の影響の少ない肢を使用するようにマウスを訓練することによって教えられます。-片側性虚血性損傷の4日後に開始するタスクに到達し、好ましい到達肢とは反対側。最後のステップは、脳卒中の影響を受けた手足の機能的結果に対する影響を受けにくい手足のトレーニングの効果を評価することです。
最終的に、影響を受けた肢の機能的転帰の障害は、数日間のテストで成功したリーチの数が減少することによって示されます。この方法は、行動介入が機能的転帰にどのような影響を与えるかなど、基本的な脳卒中研究における重要な質問に答えるのに役立ちます。一般に、この方法に不慣れな個人は、マウスにこの高度に熟練したタスクを教えるのにかかる時間と患者のために苦労するでしょう。
利点は、このテストの感度が他の感覚運動テストの感度を上回ることです。マウスで。かみそりの刃を使用して未調理のCAPIパスタ片をカットすることから手順を開始します。
次に、パスタのピースをパスタマトリックスに配置します。マウスを試験チャンバーに3回、それぞれ5〜10分間のセッションで慣らし、前面にフルパスタマトリックスを置き、下部に数枚のパスタを食用に置いてリーチを形作ります。マウスを試験チャンバーに入れ、その前にフルパスタマトリックスを置きます(居住訓練の場合と同様)。
各手足のリーチ数を記録し、右手足と左手足のリーチ数を示します。別々に。リーチとは、手首がチャンバーの平面を壊し、4つの前足がチャンバーの外側に見えるように、リーチ開口部を通る手足の延長と定義します。成形セッション中に、手がかりをパスタに向けたり、パスタに接触
したりする必要はありません。マウスは、チャンバー内で最大10回のリーチまたは10分のいずれか発生する時間に制限します。まず、マウスが手を伸ばすように促します。到達開口部を通してチャンバーのすぐ内側にいくつかのパスタを保持します。
マウスが匂いを嗅いだり噛んだりするなど興味を示したときにパスタを引き出し、後退するパスタピースの後に手を伸ばすように促します。マウスが乾燥パスタに興味を示さない場合は、パスタの先端が小さなカップの温水に包まれて、より口当たりが良くなります。シェーピングセッションは、手足の好みを決定するためにも使用されます。
マウスが1本の手足で1日あたりの到達量の少なくとも70%を示す場合、その4本の手足が優先手足として定義されます。マウスを試験チャンバーに置き、マトリックスを半分に広げます。マウスを、優先肢の反対側にあるマトリックスの符号のみを埋めることにより、優先肢でのみ到達するように訓練します。
トレーニングのこのフェーズでは、この手足でのリーチの試みを思いとどまらせるために、影響を受けにくい手足に対応するマトリックスの部分を埋めないままにします。1日1回、15分、または100回のリーチトレーニングセッションを実施して、マウスがパスタのピースを狙って割ることをうまく学習できるようにします。初期のトレーニングセッションでは、パスタピースがマトリックス内にある間に、別のパスタピースを軽く、到達するターゲットに対して後ろに垂直に保持することにより、パスタピースに少量の圧力をかけます。
この少量のサポートは、細いパスタを安定させるのに役立ち、マウスがつかみやすくなります。リーチを成功させるには、マウスが開口部から到達する必要があります。パスタをつかみ、パスタを壊してマトリックスから取り出します。
最大100までのリーチの合計数と、正常に壊れたパスタピースの数と位置を記録します。この手順では。虚血性傷害の 4 日後から、好ましい到達肢の反対側の運動皮質に、影響の少ない四肢をトレーニングします。
術前のリーチトレーニングと同様に、1日1回、15分、または100回のリーチトレーニングセッションを実施します。パスタの最初の列を取り外して、影響を受けにくい手足のトレーニングの最初の週に取り組みます。患肢での早期リーチの試みが成功しないようにするために、マウスをリーチチャンバーに入れ、半分満たされたマトリックスを前にしてマウスを置きます。
マトリックスの充填された半分が術前の充填された半分と反対側にあることを確認し、これによりマウスは影響を受けにくい手足で到達することを余儀なくされます。そうするために、この手足の伸展を手の届く開口部を通して補強することにより、影響を受けにくい手足で手を伸ばすように促します。トレーニングの最初の数日間でマウスが影響の少ない手足を伸ばしたら、到達チャンバーの床にパスタの小片を置きます。
リーチが成功したかどうかに関係なく、影響の少ない手足で行われたリーチのみを 100 リーチの合計にカウントします。患肢を使用した密かな試みをリーチの総数にカウントしないでください。次に、影響を受けていない手足のトレーニングの最初の 7 日間の後に、パスタの最も内側の垂直列をマトリックスに戻して、リーチの総数とパスタ片を成功裏に壊したパスタ片の数と位置を記録して、影響を受けていない手足の代償的使用が脳卒中の影響を受けた手足の機能回復に与える影響を判断します。
PMRTで患肢のパフォーマンスをテストします。影響の少ない手足のトレーニングの後。マトリックスをチャンバーの前に置き、術前のトレーニング手順と同じ向きにします。
これにより、マウスは、脳卒中の影響を受けた四肢の記録、到達回数の合計、および正常に壊れたパスタピースの数と位置に到達して、脳卒中前のパフォーマンスレベルと比較する必要があります。ここに示されているのは、好ましい肢の反対側の感覚運動皮質の片側性虚血性傷害の前後に、マウスの患肢での代表的な到達パターンです。前方はマウスの前方にますます配置されたパスタピースを示し、側面はマウスの側面にますます配置されたパスタピースを示します。
ここでは、術後トレーニングの数日間にわたる患肢の代表的なパターンの変化を示します。このグラフは、感覚運動皮質の片側性虚血性傷害後15日間の、影響を受けていない肢のPMRTトレーニングで、影響を受けていない肢のトレーニングが患肢のパフォーマンスにどのように影響するかの代表的な例を示しています。この手順を試みている間、影響を受けた肢の機能的転帰を損ない、正常な回復を損なう。整形段階でマウスを過度に訓練して、マウスを何度も到達させないように注意することが重要です。
そうしないと、学習曲線はこのテストの学習の初期段階を正確に反映しません。この手順に従います。免疫組織化学、皮質マッピング、in vivoイメージングなどの他の方法を使用して、神経解剖学に対する行動介入の影響に関する他の問題を調査することができます。
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概要
このプロトコルは、脳卒中のマウスモデル用に設計された熟練モータータスクであるパスタマトリックスリーチングタスクを概説します。これは、一側性虚血性損傷後の補償性肢の使用による行動効果を評価することを目的としています。
主要な研究構成要素
科学の分野
- 行動神経科学
- 脳卒中モデル
- 運動スキル評価
背景
- マウスモデルは行動神経科学研究に不可欠です。
- 敏感な行動測定の開発は、正確な評価に重要です。
- パスタマトリックスリーチングタスクはマウスのために特別に設計されています。
- このタスクは脳卒中後の肢の使用の効果を評価します。
研究の目的
- マウスの好みの到達肢を決定する。
- 好みの肢を使って運動スキルを確立する。
- パスタマトリックス上での補償的肢の使用を教えること。
使用される方法
- 好みの到達肢を特定するための成形手順。
- パスタマトリックス到達タスクで好みの肢のトレーニング。
- 脳卒中後の影響の少ない肢のトレーニング。
- 脳卒中の影響を受けた肢の機能的結果の評価。
主な結果
- 補償的肢のトレーニングは回復の成果に影響を与えることができます。
- 行動測定は脳卒中後の運動機能に関する洞察を提供します。
- このプロトコルは肢の使用の詳細な評価を可能にします。
結論
- パスタマトリックスリーチングタスクは脳卒中回復の研究に効果的です。
- 肢の使用を理解することでリハビリテーション戦略に情報を提供できます。
- マウスモデルは行動神経科学を探求するのに価値があります。
よくある質問
Executive Industry Relevance
This protocol provides a sensitive behavioral assay for evaluating motor skill learning and compensatory limb use in preclinical stroke models. It enables researchers to quantify functional outcomes and assess the impact of rehabilitative training strategies on recovery trajectories. The approach supports target validation and mechanistic de-risking in neurotherapeutic development by linking behavioral interventions to motor function recovery.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses regarding limb-specific motor recovery post-injury.
- Operational Value: Supports functional target validation through quantitative measurement of skilled reaching behavior.
- Predictive Value: Facilitates preclinical model selection by identifying compounds that modulate compensatory use and promote true functional restoration.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Generates standardized, quantifiable output data on successful reaches and limb preference for compound screening.
- Reproducibility: Offers a low-cost, scalable platform for longitudinal assessment of motor skill acquisition and degradation.
- Screening Utility: Enables reliable evaluation of pharmacological or rehabilitative interventions on motor recovery in disease-relevant systems.
Translational & Preclinical Research
- Translational Continuity: Models human clinical phenomena such as learned non-use and compensatory strategies following upper extremity injury.
- Mechanistic De-risking: Permits exploration of neural mechanisms supporting behavioral recovery when combined with neuroanatomical tools.
- Risk-Adjusted Advancement: Informs go/no-go decisions by revealing whether interventions promote genuine recovery or maladaptive compensation.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into the discovery continuum from early target validation through preclinical efficacy testing, enabling iterative assessment of motor function across study phases.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing on neural circuits involved in motor skill learning and limb use preference following cortical injury.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative readouts on reaching success and error patterns to compare experimental conditions.
- Analytics: Provides longitudinal data on reach frequency, success rate, and spatial distribution to enable statistical comparison across groups.
- Translational Research: Connects behavioral outcomes to preclinical validity by modeling human-like compensatory strategies post-stroke.
- Enterprise Reuse: Represents a reusable behavioral platform applicable across multiple neurotherapeutic programs and injury models.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in motor recovery assays by reducing ambiguity between true restoration and compensatory behavior.
- Operational Value: Ensures standardization and reproducibility across laboratories through clearly defined reaching criteria and training parameters.
- Strategic Value: Improves capital efficiency by identifying ineffective interventions early, reducing late-stage failure due to lack of true functional recovery.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of candidates based on their ability to promote authentic motor restoration rather than behavioral substitution.
Implementation Considerations
- Requires expertise in rodent handling, behavioral neuroscience, and skilled motor task training.
- Dependent on consistent apparatus setup, including pasta matrix preparation and reaching aperture calibration.
- Necessitates cross-team standardization in defining reaches, scoring success, and managing training duration to avoid overtraining artifacts.
- Involves adaptation considerations when translating to different injury models or species, particularly in defining preferred limb use.
- Limited by the time-intensive nature of training, which may affect throughput in large-scale screening campaigns.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Title
1:30
Habituation and Shaping the Reach
3:10
Reaching Training
4:21
Less-affected Limb Training
5:51
Reaching Analysis of the Affected Limb
6:26
Results: Compensatory Limb Use and Behavioral Assessment of Motor Skill Learning following Sensorimotor Cortex Injury in a Mouse Model of Ischemic Stroke
7:19
Conclusion
